专家论坛 电信快报 (2000．No．4)
全波光纤及其在城市网中的应用前景
糠乃美 手 f
7／7I ‘信息产业部电信科学技术第一研究所 2ooo32’7
摘 要 简要地回顾了单摸光纤的主要传输性能，阐述了城市内的光纤网络与长逢
用的光纤网络对光纤的不同要采 介绍了朗讯科技最新开发的全波光纤．并讨论了
三大； 妻 全萎耋 菱景 散 分复用 硐 关键词 单摸光纤全波光纤 衰减 色散非线性效应一波分复用。Z ，j
● r- 。 '-一 ●- _。。 ’’。‘一 r v
recently developed by Lucent Technologies is presented，and the possible use in large
and medium cities of our country is discussed
我国 自从 1978年在上海建立 了第一条局间
中继光缆以后，在长途线路和局问中继线路上 已
普遍采用光缆。在长途干线方面，经过《八五》和
《九五)计划期间的努力，已建成了以 “八纵八横”
为骨干的遍及全国的光缆网。总长度接近 2O万
公里。虽然直到最近 1～2年 ，采用的都是非色散
位移光纤(G 652)，但是通过 各种新发展起来的
扩容措施和今后再补充建些新型光纤 (如非零色
散位移光纤)的光缆，在一段时期内还不致严重阻
碍业务的发展。然而 我 国的用户接入 网目前大
部分仍是铜缆，接人同的光缆化还处于起步阶段。
这种看来不利的情况，如果巧为利用 ，也有有利的
一 面。我们可以利用最先进的最适台于市内应用
的光纤和设备快遮经济地建设我们的现代化的接
人 网 。
1 光纤的主要传输性能
1 1 衰减
图1示出二氧化硅光纤的典型衰减光谱特性
曲线。其中，①、②、③、④和⑤分别代表 5个波长
窗口号。图中的曲线上有三个特点：(1)在短波长
区内的衰减随波长 的增 加而减小 ，这是因为在这
个区域内，与渡长的 4次方成反 比的瑞利散射所
引起的衰减是主要的；(2)曲线上有羟基(OH一)
引起的几个吸收峰 ，特别是 1 385 m上的的峰；
(3)在 1 6 m 以上的波长上由于弯曲损耗和二氧
化硅的吸收而使衰减有上升的趋势
表 1列出图 1曲线上的 5个工作波长窗 ISI及
其使用情况。
表 1 光纤衰减光谱特性曲线上的工作窗口
s 1．35-1．53~m
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碧
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波长 (1am)
凰 l 二氧化硅光纤 的典型 衰减光谱特性
一 7
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早期的单模光纤工作于 1．31“m附近的第二
窗口，传输距离受 衰减的限制。于是 开发了衰减
较低的 1 55vm 附近的第三窗口。后来又开发了
掺铒光纤放大器 ．这种放大器在 1535～1565nm
波长范围内提供增益，使得再生距离几乎不受光
纤衰减的限制。在第 3窗口的波长以上，光纤的
弯曲损耗增大而常规的掺饵光纤放大器不能提供
足够的增益：最近 ．弯曲损耗 已得到控制，又开发
成功了增益位移光纤放 大器和宽带光纤放大器 ，
使得 1．6 m 跗近的第 4窗 口得到利用。在第 2
窗 口与第 3窗 口之间还有相当宽的一个波段尚未
利用
1 2 色散
光纤的色散使信号中的光脉冲变宽而导致误
码。例如，用外 界无 啊 啾激光 源调制 的 不归零
(NttZ)信号以B Gb／s速率传输(色散为104 000／殍
ps／nm)时，将产生 1dB的功率代价。当波长的调
制速率为 2 5、1O和 40(Gb／s)时，这分别相当于
16 640、1040和 65ps／nm。对于用常规单模光纤
(G．652光纤)工作于 1550nm 时(此时色散 大约
为+17ps／DIn—km)，色散把再生距离大 约分别限
制于 980、60和 4kin。因此，对大长度 的高速系
统，必须进行适当形式的色散补偿，从而增加了系
统的复杂性和成本。
自从渡分复用技术的应用，为了使在一定波
长范围传输的各个信道的色散尽可能相 同，除了
光纤的色散值本身应限制于一定范围外 ，色散斜
率(色散 随波长的变化率)也要尽可能小。
光纤 的色散并非总是有害的。由于光纤放大
器的采用 ，注入到光纤中的光功率成倍地增加 ，而
且信号在再生以前要经过更长的距离。这两者使
原来可以忽略的光纤的非线性效应的危害性显著
起来一光纤的非线性效应可分为受激散射和折射
率波动两类。后者使得在光纤内传播的 2个或 3
个光波合并而产生 1个或几个新的波长 新波长
的光频发生在 fF=fo+fq一‘(‘． 和 ‘为原光
频)，它们合并起来产生 fF。这种由三个频率合并
起来产生第四个频率叫做四波混台 (FWM)。
FWM 把信号功率从原来的波长中转移出去而产
生新的波长，从而使传输劣化。在具有等间隔光
频信道的 DWDM 系统中，混台产物会直 接落到
另外 个信道中。r是．工作于零色散附近的波
R ～
分复用系统在它们所能运载的波长数 目上受到严
重的限制 。色散在 FWM 中起有益的作用。色散
破坏 了相互作用的信号之问的相位匹配 ，从而减
小了 FWM 产物的发生
2 全波光纤
单模光纤所能传送的波长范 围，在短波长端
受到光纤的截止波长(约为 1260rma)的限制；在长
波长端受二 氧化硅 吸收和 弯曲损耗 的限制 (约
1650rim) 通过图 1和表 1可以看到 ，在第 2窗
口与第 3窗口之问，还有相当宽的一个波段 尚未
利用。主要原因是 1385nm附近由羟基(OH )引
起的衰减峰(简称水峰)。朗讯科技虽近开发出一
种新的制棒技术 ，利用这种技术可成功地消除这
个水蜂，而使 1300nm到 1620nm 间整个波段的利
用成为可能。这种光纤取名为全波光纤。表 2列
出全波光纤的主要传输与光学性能。圈2示出全
波光纤的典型衰减光措特性 ，图 3示出全波光纤
的典型色散波长特性。
从表 2可见，全波光纤除取消了水峰衰减外 ，
其他性能都与匹配包层的常规单模光纤 (G 652
光纤)相 同，采用与常规单模光纤 同样的连接方法
和连接 器。1999年 l0月，在 日本奈 良召开 的
ITU—T第 15研究组会议上 ，通 过了将 低水蜂 光
纤纳入 G 652建议书中 IEC的 86A标准委 员
会第 1工作组于同月 ，通过了将低水蜂光纤纳入
三1
、
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波长 r m1
图 2 垒嫂光纤 的典型衰减光谱 特性
波长 r m)
图 3 垒畦光纤的典型色散波长特性
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表 2 全波光纤的主要传输与光学性能
往 ：带 方括号者为典型值
H 1 3新光纤 类别中。美 国电信工业协会(TIA)
也于同年 7月投票通过低水峰光纤的详细指标
3 全波光纤在城市网中的应用前景
为了使第5窗口能迅速投入实际使用，许多
厂家正在系统 、器件(如激光器、光器件、宽带光纤
放大器等)和测量仪器方面进行努力。 目前较成
熟的应用是在城市网中，特别是用户接人网
过去，城市中所应用的光通信技术与长途线
路的基本相同 随着各种光通信技术的发展和通
信业务量的飞速增长 ，使得城市网络的设计不能
照搬长途网络的模式。其主要差别在于：
·长途线路通信距离长，1沿途分支少 ，大多要
求传输速率高 ，加上再生器之间距离长，波分复用
系统的波长多而间隔小，在系统成本中，光纤成本
和光电器件成本都 占重要 比重：若要把全波光纤
用到高速 的长途线路上，与 G 652光珂一样，它
在 1550nm上的巨大色散(约 +1 7ps／nm—km)限
制了再生器之间距离 可采用色散补偿措施 ，但
色散补偿单元的衰减会增加光纤放大器 的数量。
这两者都增加系统成本 所以 ，除非光缆已经安
装好 ，各种非零色散位移光纤往往更为合适 一
·城市 中的通信距离相对要短得多 ， 般不超
过 80kin。沿途插 ／分设备多，不必追求很小的光
纤衰减，也很少需用光纤放大器 在系统成本中，
光电器件所 占比重远大于光纤的费用 为了节省
光电器件的费用，传输速率应适中．渡长间隔不宜
太密
根据上述特点，全波光纤 比 G 652光纤或其
它非零色散位移光纤可能会更适用于城市光纤
网。全渡光纤的第 5窗 口(1 35～1 53 【n)把 波
长谱扩大了大约 180nm；因为这段 波长处于第 2
与第 3窗 口之间，光纤衰 减小于在 1310nm上 的
衰碱，而色散则小于 i550nm 区域内的数值。这
意味着能更好地利用光纤的低色散区。下面举几
个应用例子加以说明
(1)在接入网骨干环中的应用 在全波光
纤上采用渡分复用时，在波长间隔不变的条件F，
波长数目可成倍地增加：这不但节省了光纤，而
且节省了公共设备的数量
(2)在接入网配线环中的应用 配线环中
(下转第 30页)
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电信快报 f2000．NO．4) 技术纵横
分析和网络实验的结果，MAC协议在节点处采用
前端周期查询的接八方式 ，由前端顺序安排每个
节点在指定的时刻发送 申请 。具体作法是，前端
中存贮着所 有节点 的 RTD 值 ，故可准确算 出各
个节点在什么时候可以发送 申请信息 ，而不舍在
信道上发生 碰撞。于是 ，前端将节点的地址 信息
和指定发送 申请的预约时隙信息按顺序写入下行
时隙的轮询(pol1)中，通知相应节点在指定的时刻
发送 前端在收到发 自节点的有效 申请 信号后，
就开始为此申请预约后续 的数 据时隙，直至达到
申请的时隙数，并将 已预约的时隙数信息封装在
许可证中，送人下行信道 ，通知相应的终端发送数
据一显然 ，轮询 中的地址信息与许 可证中的有可
能不一致 节点接收来 自本组群内终端的申请信
息 ，井将其放人节点缓冲区中排队，同时侦听下行
信道中前端传来的有关本节点的轮询／许可证信
息 若收到与率节点地址一致的轮询信号 ，就按
先进先出的原则 ，将排列在缓冲区队首 的一个终
端申请信息 利用前端所分配的 UMS发送 到前
端。若收到与本组群内终端相 关的许可证信息
就立即将其转发给相应的终端。
3 结 语
在 引入 “组群”结构的基础上 ，建立了一种适
用于 HFC—CATV 网络的 MAC协议。它采用的
是一种集中与分布相结台的控制方式。组群 内终
端的媒体接人控制采用 随机 争用方式 ，保证 了终
端协议的有效 、简单和叶氐成本。节点负责接纳组
群内所有终端的申请 ，具有较高的负载 ，因此采用
由前端进行周期查询的接人方式 ，保证 了光纤 干
线上不发生碰撞 ，使系统具有较高的吞吐量。另
外，由于系统中节点的数量远小于终端的数量，前
端对所有节点轮询一周所用的时间很短，这就保
证了系统的延迟特性。总之，这种方案能更有效
地利用上行信道，保证终端及节点设备的简单和
廉价，有利于减轻用户负担 ，也便于网络的扩充与
维护，具有一定的先进性和可行性
高飞 云南民族学院物理系副教授
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(上接第 9页)
所需波长数 目一般 比骨干环少 ，只要加大波长问
隔，就可使用直接调制的激光器来代替较昂贵的
外调制激光器，而且多路复用器、多路解调器和波
长的分／插器件等 ，都会相应地便宜，从而降低系
统成本。这种大渡长间隔的波分复用称为粗渡分
复用 (CWDM)。 以 采 用 20nm 波 长 间 隔 的
CWDM为例，若环上有8个节点．共需要 16个波
长。采用全渡 光纤时，可用 一根光纤 在 1300～
1600nm 内安排 16个波长。若采用 G 652光纤 ，
就需要 2根光纤 ，其中一根光纤在 1500～1600nm
内安排 6个波长，另在 1270～1350nm 内安排 5
个波长，共 11个 渡 长；在另 一根 光 纤 中，只在
1270～1350nm 内安排 5个波长，总共得到 16个
波长 用全波光纤的系统成本大致只有用 G．652
光纤时的一半。
(3)多种业务共享网络资源 在全渡光纤
上 ，采用独特的系统方案可把不同的业务安排在
对它最 合理的波段 内，从而改善传输质 并便于
进行同络管理。例如，把模拟电视安排在 1310nm
一 30 一
区域，在 1350～1450nm 区域 内利用其低色散传
送 10Gb／s的高速业务；而在 1450nm 以上的区
域内传送速率较低(2．5Gb／s以下)的业务，以减
小色散的影响。这些业务都可以有自已的网管系
统，正如它们都工作于不同的光纤上那样 ，而实际
上又获得 了单根光纤 的经济性。
(4)便利网络管理 接入 网要支持大量的
用户。过 去的网络规划是依靠业务预测来进行
的。数据业务的飞速发展 ，极大降低了业务预测
的可靠性 因而，接入网经常需要 更变波长和进
行网络管理，特别希望降低分／插 (drop／insert)
信道的费用。要做到这一点，有效方法之一是把
业务量放到数 目较多的波长上 ，每个波长上的系
统都是低、中速的，而信道的分 ／插都在光路上进
行。全波光纤能较好地满足这种需要 。
总之，在全波光纤上作巧妙的安排 ，可以充分
发挥其优点，例如适度的衰减和适度的色散，并避
免各种非线性效应给系统带来的危害。
棘乃薨 教授级高级工程师，通信学台会士、理事
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